墩柱模板计算.docx
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墩柱模板计算
一、计算依据
1、《铁路桥涵设计基本规范》
2、《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》(TZ213-2005)
3、《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)
4、《钢筋混凝土工程施工及验收规范》(GBJ204-83)
5、《铁路组合钢模板技术规则》(TBJ211-86)
6、《铁路桥梁钢结构设计规范》
7、《铁路桥涵施工规范》(TB10203-2002)
8、《京沪高速铁路设计暂行规定》(铁建设[2004])
9、《钢结构设计规范》(GB50017—2003)
二、设计参数取值及要求
1、混凝土容重:
25kN/m3;
2、混凝土浇注速度:
2m/h;
3、浇注温度:
15℃;
4、混凝土塌落度:
16~18cm;
5、混凝土外加剂影响系数取;
6、最大墩高17.5m;
7、设计风力:
8级风;
8、模板整体安装完成后,混凝土泵送一次性浇注。
三、荷载计算
1、新浇混凝土对模板侧向压力计算
混凝土作用于模板的侧压力,根据测定,随混凝土的浇筑高度而增加,当浇筑高度达到某一临界时,侧压力就不再增加,此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。
侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。
新浇混凝土对模板侧向压力分布见图1。
图1新浇混凝土对模板侧向压力分布图
在《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)中规定,新浇混凝土对模板侧向压力按下式计算:
在《钢筋混凝土工程施工及验收规范》(GBJ204-83)中规定,新浇混凝土对模板侧向压力按下式计算:
新浇混凝土对模板侧向压力按下式计算:
Pmax=γt0K1K2V1/2
Pmax=γh
式中:
Pmax------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力(kN/m2)
γ------混凝土的重力密度(kN/m3)取25kN/m3
t0------新浇混凝土的初凝时间(h);
V------混凝土的浇灌速度(m/h);取2m/h
h------有效压头高度;
H------混凝土浇筑层(在水泥初凝时间以内)的厚度(m);
K1------外加剂影响修正系数,掺外加剂时取;
K2------混凝土塌落度影响系数,当塌落度小于30mm时,取;50~90mm时,取1;110~150mm时,取。
Pmax=γt0K1K2V1/2=×25×8×××21/2=kN/m2
h=Pmax/γ=25=
由计算比较可知:
以上两种规范差别较大,为安全起见,取大值作为设计计算的依据。
2、风荷载计算
风荷载强度按下式计算:
W=K1K2K3W0
W------风荷载强度(Pa);
W0------基本风压值(Pa),,8级风风速v=~20.7m/s;
K1------风载体形系数,取K1=;
K2------风压高度变化系数,取K2=1;
K3------地形、地理条件系数,取K3=1;
W=K1K2K3W0=×=
桥墩受风面积按桥墩实际轮廓面积计算。
3、倾倒混凝土时产生的荷载取4kN/m2。
四、荷载组合
墩身模板设计考虑了以下荷载;
①新浇注混凝土对侧面模板的压力
②倾倒混凝土时产生的荷载
③风荷载
荷载组合1:
①+②+③(用于模板强度计算)
荷载组合2:
①(用于模板刚度计算)
五、计算模型及结果
采用有限元软件midas6.7.1进行建模分析,其中模板面板采用4节点薄板单元模拟,横肋、竖肋及大背楞采用空间梁单元模拟,拉筋采用只受拉的杆单元模拟。
模板杆件规格见下表:
表1模板杆件规格
杆件
型号
材质
面板
6mm厚钢板
Q235
法兰
14mm厚钢板
Q235
拉筋
直径25mm精扎螺纹钢
竖肋
10号槽钢
Q235
横肋
10mm厚钢板
Q235
大背楞
25号双拼槽钢
Q235
1、墩帽模板计算(墩身厚2.8m)
1)有限元模型
墩帽模板有限元模型见图2~图3。
墩帽模板中间流水槽处设一道水平拉筋,顶部高出混凝土面100mm处顺桥长方向设4道水平拉筋。
立面侧面
平面
图2墩帽模板有限元网格模型
图3墩帽模板三维有限元模型
2)大背楞强度计算
大背楞采用3槽25a,在荷载组合1作用下应力见图4。
图4大背楞应力图
,强度满足。
3)纵、横肋强度计算
墩帽模板纵横肋采用100×10mm钢板,其在荷载组合一作用下应力见图5。
图5纵、横肋应力图
,强度满足。
4)面板强度计算
墩帽模板面板采用6mm钢板,其在荷载组合一作用下应力见图6。
图6面板应力图
,强度满足。
5)顶帽模板刚度计算
在荷载组合2作用下各节点位移见图7。
图7节点位移图
从图中看出,模板在荷载组合2作用下最大位移为2mm,为顺桥方向。
6)拉杆强度计算
拉杆采用φ25精扎螺纹钢筋,在模板中间流水槽位置水平设一道,高度方向设3层。
通过计算可知,如只设一道拉杆,其最大拉应力为284MPa,只能采用精扎螺纹钢。
如设二道拉杆,其最大拉应力为177MPa。
图8拉杆应力图
2、墩帽模板计算(墩身厚2m)
1)有限元模型
墩帽模板有限元模型见图9~图10。
墩帽模板中间流水槽处设一道水平拉筋,顶部高出混凝土面100mm处顺桥长方向设4道水平拉筋。
立面侧面
平面
图9墩帽模板有限元网格模型
图10墩帽模板三维有限元模型
2)大背楞强度计算
大背楞采用2槽16a,在荷载组合1作用下应力见图11。
图11大背楞应力图
,强度满足。
3)纵、横肋强度计算
墩帽模板纵横肋采用100×10mm钢板,其在荷载组合一作用下应力见图12。
图12纵、横肋应力图
,强度满足。
4)面板强度计算
墩帽模板面板采用6mm钢板,其在荷载组合一作用下应力见图13。
图13面板应力图
,强度满足。
5)顶帽模板刚度计算
在荷载组合2作用下各节点位移见图14。
图14节点位移图
从图中看出,模板在荷载组合2作用下最大位移为1.7mm,为顺桥方向。
6)拉杆强度计算
拉杆采用φ25钢筋,在模板中间流水槽位置水平设一道,高度方向设3层。
通过计算可知,其最大拉应力为142MPa。
拉杆应力见下图。
图15拉杆应力图
3、墩身模板计算(墩身厚2.8m)
1)有限元模型
墩身模板有限元模型见图16~图17。
墩身模板中间流水槽处设一道水平拉筋,顶部高出混凝土面100mm处顺桥长方向设4道水平拉筋。
立面侧面
平面
图16墩身模板有限元网格模型
图17墩身模板三维有限元模型
2)大背楞强度计算
大背楞采用2槽25a,在荷载组合1作用下应力见图18。
图18大背楞应力图
,强度满足。
3)竖、横肋强度计算
墩身模板横肋采用100×10mm钢板,竖肋采用10号槽钢,其在荷载组合一作用下应力见图19。
图19纵、横肋应力图
4)面板强度计算
墩身模板面板采用6mm钢板,其在荷载组合一作用下应力见图20。
图20面板应力图
,强度满足。
5)墩身模板刚度计算
在荷载组合2作用下各节点位移见图21。
图21节点位移图
从图中看出,模板在荷载组合2作用下最大位移为3mm,为顺桥方向。
6)拉杆强度计算
拉杆采用φ25精扎螺纹钢筋,在模板中间流水槽位置水平设一道,高度方向设3层。
通过计算可知,在模板中间流水槽位置水平设一道拉杆其最大拉应力为271MPa,须采用φ25精扎螺纹钢。
如设2道,其应力为165MPa。
图22拉杆应力图
4、墩身模板计算(墩身厚2m)
1)有限元模型
墩身模板有限元模型见图23~图24。
墩身模板中间流水槽处设一道水平拉筋。
立面侧面
平面
图23墩身模板有限元网格模型
图24墩身模板三维有限元模型
2)大背楞强度计算
大背楞采用2槽16a,在荷载组合1作用下应力见图25。
图25大背楞应力图
,强度满足。
3)竖、横肋强度计算
墩身模板横肋采用100×10mm钢板,竖肋采用10号槽钢,其在荷载组合一作用下应力见图26。
图26纵、横肋应力图
。
4)面板强度计算
墩身模板面板采用6mm钢板,其在荷载组合一作用下应力见图27。
图27面板应力图
,强度满足。
5)墩身模板刚度计算
在荷载组合2作用下各节点位移见图28。
图28节点位移图
从图中看出,模板在荷载组合2作用下最大位移为2mm,为顺桥方向。
6)拉杆强度计算
拉杆采用φ25钢筋,在模板中间流水槽位置水平设一道,高度方向设3层。
通过计算可知,其最大拉应力为124MPa。
图29拉杆应力图
六、结论
计算模型中选取了2m及2.8m厚桥墩模板进行了计算,均满足强度及刚度要求,因此在2m及2.8m范围内的模板易满足要求。
墩身模板中间流水槽位置水平设一道拉筋,为统一规格,均采用φ25精扎螺纹钢;3m高的模板竖向设3层,2m及1.5m高的模板竖向设2层,间距1m,1m及0.5m高的模板竖向设1层。
墩帽模板中间流水槽位置水平设一道拉筋,采用φ25精扎螺纹钢,竖向设3层,顶部高出混凝土面100mm处顺桥长方向设4道水平拉筋,水平间距0.5m。
经计算,2m及1.5m高桥墩模板横肋采用10mm厚钢板,其它可采用8mm厚钢板。
按投标文件的要求在墩身模板中间流水槽位置水平设一道拉筋,经计算得知拉杆的最大拉应力达到284MPa,超过Q345钢材的容许拉应力,故拉杆采用精扎螺纹钢。
经有限元分析及构造要求,环肋应采用断横不断纵的方式。
具体尺寸及构造详见桥墩模板方案图。